水表智能集抄系统中的网络基站设计

摘要

远程抄表系统是多种现代技术的综合应用，将仪表数据的采集、传输、管理以及共享彻底自动化。解决了传统人工抄表效率低、成本高、入户不便等问题，在阶梯定价的新形势下，能很好的解决用量和时间精确获取的问题，也为大数据时代更深层次的信息挖掘奠定了数据基础。远程抄表是将来的发展趋势，同时在国家的大力支持下，正在快速推广。
　　作为现场无线传感网络和远程服务器的“桥梁”，集中器的位置非常重要。然而，在通信数据和功能需求爆炸式增长的背景下，在设备运行智能化、数据处理本地化、兼容扩展便捷化、调试维护人性化的趋势下，现有方案已很难满足要求。因此，本文重新探讨集中器的设计理念，将集中器分解为无线传感网络根设备和网络基站两部分，研究并给出网络基站的解决方案。
　　对于网络基站的设计，本文从用水预测、平台搭建、软件设计以及测试分析几个方面进行了大量研究。主要研究工作如下:
　　首先，介绍远程抄表系统的典型结构和工作原理，分析网络基站的引入对结构的影响，给出网络基站的详细需求分析，根据设计需求，从预测模型设计、平台搭建和软件设计三个方面进行总体框架设计。
　　其次，介绍BP神经网络和马尔科夫链的原理和算法，通过使用BP神经网络进行初步预测，再使用马尔科夫链对BP预测误差进行校正的方式，并结合本文应用场合建立用水量预测的数学模型，给出算法实现步骤。
　　再次，详细论述了网络基站的平台搭建和软件设计。平台的硬件系统以基于Cortex-A8处理器的最小系统板为核心，设计外围网口、串口及SD卡接口等电路;平台的系统软件采用Linux操作系统，安装嵌入式Java虚拟机，设计监控脚本。软件设计从通信管理模块、数据处理模块、数据库操作模块、基础功能模块、系统启动模块和程序更新子系统六个方面展开，重点研究了协议的兼容和扩展问题，同时对数据处理时性能的保障进行了科学设计。
　　最后，给出网络基站的安装部署信息，从功能测试、性能测试和可靠性测试进行阐述，展示并分析测试结果。并且对课题的研究成果进行总结与评价，对后续的研究工作进行展望。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题背景及意义

1．2 研究现状

1．2．1 自动抄表系统的研究

1．2．2 用水量预测的研究

1．3 现存的主要问题

1．4 本文工作安排

第二章 水表智能集抄系统中网络基站的总体设计

2．1 远程集抄系统的结构分析

2．1．1 星形结构和树形结构

2．1．2 网络基站对系统的改进

2．2 网络基站的需求分析

2．3 网络基站架构研究与设计

2．3．1 设计原理及整体架构

2．3．2 预测模型设计思路

2．3．3 网络基站平台框架

2．3．4 网络基站应用软件框架

2．4 开发调试工具简介

2．5 本章小结

第三章 小区居民用水量预测的数学模型

3．1 神经网络预测方法

3．1．1 BP神经网络概述

3．1．2 BP神经网络模型

3．1．3 小区用水量预测模型

3．1．4 用水量预测模型的算法实现

3．2 马尔科夫误差修正方法

3．2．1 马尔科夫链概述

3．2．2 马尔科夫链预测模型

3．2．3 BP预测误差的预测模型

3．2．4 误差预测模型的算法实现

3．3 本章小结

第四章 水表智能集抄系统中网络基站的平台搭建

4．1 网络基站平台的硬件电路设计

4．1．1 主控板电路

4．1．2 网络通信接口电路

4．1．3 SD卡接口电路

4．1．4 串行通信接口电路

4．1．5 预留接口电路

4．2 网络基站平台的系统软件配置

4．2．1 Java虚拟机安装

4．2．2 Shell监控脚本开发

4．2．3 Linux系统启动参数配置

4．3 本章小结

第五章 水表智能集抄系统中网络基站的应用程序设计

5．1 通信管理模块程序设计

5．1．1 通信协议解释器设计

5．1．2 数据收发及链路管理设计

5．2 数据处理模块设计

5．2．1 基于命令模式的数据处理设计

5．2．2 数据处理线程池设计

5．3 数据库操作模块设计

5．3．1 数据库表格设计

5．3．2 数据统计分析报表输出

5．4 基础功能模块设计

5．5 系统启动模块设计

5．6 程序更新子系统设计

5．7 本章小结

第六章 水表智能集抄系统中网络基站的测试分析

6．1 网络基站的部署与功能测试

6．2 用水量预测实例分析

6．3 网络基站的负载能力测试

6．4 网络基站的可靠性测试

6．5 本章小结

第七章 总结与展望

附录

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间奖励及项目